c++ - 内存对齐？

Question

内存对齐的原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问，请问这两次内存访问怎么解释？能够举个具体的例子？

Answer 1

借回答这个问题的机会，自己也好好温习一下基础知识。切入正题：

首先，明白基础概念：

内存对齐，通常也称为数据对齐，是计算机对数据类型合法地址做出了一些限制，要求某种类型对象的地址必须是某个值K(通常使2、4或8)的倍数。

其次，理解数据对齐的目的：

这种对齐限制简化了处理器与存储器系统之间接口的硬件设计。

目前，主要软硬件厂商的观点：

无论是否对齐，IA32等硬件都能正常工作，但建议要对齐数据以提高存储器系统的性能。

目前，主流操作系统的的对齐策略：

linux系统2字节数据类型(例如short)的地址必须是2的倍数，而较大的数据类型(例如int、int*、float和double)的地址必须是4的倍数；
windows系统的策略则更严格，任何K字节基本对象的地址都必须是K的倍数，K=2, 4, 8。特别对于一个double或者long long类型数据的地址应该是8的倍数。

最后，给出2个小的示例，假设一个处理器与存储器的接口(数据总线)是8字节(即64位)，即处理器每次读取/写入的最小单元是8个字节。

示例1：存储一个double变量 i

上图中的未对齐部分，导致本来一次的存储器操作(0,7)，变为2次(0,7), (8,15)。

示例2：存储一个结构体变量

struct s {
  int i;
  char c;
  int j;
};

上图中为了数据对齐，会在存储结构体的时候进行填充。对于不同的数据结构，填充的方式不同，有的是在中间部分填充，有的是在末尾部分填充，都是为了保证对齐。需要注意的是，对于这种结构体填充，不仅要保证结构体内部数据类型的对齐，还要保证整个结构体的对齐。

PS: 最后推荐一本值得仔细读读的书：深入理解计算机系统(原书第2版)，以上的引用部分，也是引用自这本书里面的内容。